WO2023198564A1 - Systeme de conditionnement thermique - Google Patents

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WO2023198564A1
WO2023198564A1 PCT/EP2023/059017 EP2023059017W WO2023198564A1 WO 2023198564 A1 WO2023198564 A1 WO 2023198564A1 EP 2023059017 W EP2023059017 W EP 2023059017W WO 2023198564 A1 WO2023198564 A1 WO 2023198564A1
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WO
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heat transfer
exchanger
heat
fluid
dielectric
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Application number
PCT/EP2023/059017
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Moussa Nacer-Bey
Jeremy Blandin
Kamel Azzouz
Julien Tissot
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems. These systems can in particular equip a motor vehicle. Such systems make it possible to achieve thermal regulation of different components of the vehicle, such as for example the passenger compartment or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle. Heat exchanges are managed mainly by the compression and expansion of a refrigerant fluid within different heat exchangers making it possible to ensure heating or cooling of different organs.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant loop and a heat transfer liquid loop exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • Patent EP2933586 B1 is an example.
  • the refrigerant loop is formed such that the refrigerant transfers heat to a heat transfer liquid in a first dual-fluid exchanger.
  • the heat given up to the heat transfer liquid can then be dissipated in a flow of air intended for the passenger compartment in order to heat it.
  • the heat transfer liquid circuit also makes it possible to cool heat-dissipating elements of the vehicle's traction chain, such as the vehicle's electric traction motor or the power electronics controlling the electric motor.
  • another two-fluid exchanger makes it possible to carry out a heat exchange between the heat transfer liquid and the refrigerant fluid in order to cool the heat transfer liquid.
  • the present invention proposes a thermal conditioning system for an electric or hybrid automobile vehicle, comprising:
  • refrigerant fluid circuit comprising a main loop comprising successively, in one direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first two-fluid exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, -- a first expander
  • dielectric heat transfer fluid circuit comprising:
  • the second two-fluid exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the primary dielectric heat transfer fluid loop so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the dielectric heat transfer fluid
  • a third bifluid exchanger arranged jointly on the primary loop of dielectric heat transfer fluid and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the dielectric heat transfer fluid and the heat transfer liquid
  • a first branch of diversion connected to the primary loop in parallel with the third bifluid exchanger, the first branch of branch comprising a fourth heat exchanger configured to be thermally coupled to a first element of an electric powertrain of the vehicle,
  • a second branch of diversion connected to the primary loop in parallel with the third bifluid exchanger, the second branch of branch comprising a fifth heat exchanger configured to be thermally coupled to a second element of the electric traction chain of the vehicle and a sixth heat exchanger configured to be thermally coupled to a third element of the vehicle's electric powertrain.
  • This architecture makes it possible to cool the main elements of the vehicle's powertrain using a dielectric heat transfer fluid.
  • the number of interfaces between the refrigerant, which is the source of cooling, and the elements to be cooled is minimized. The efficiency of heat transfer is thus improved.
  • cooling by the dielectric heat transfer fluid makes it possible to obtain a more uniform temperature in the elements to be cooled, which reduces the associated constraints and improves reliability.
  • the first bifluid exchanger is arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on a primary loop of the heat transfer liquid circuit
  • the third bifluid exchanger is arranged jointly on the primary loop of dielectric heat transfer fluid and on a secondary loop of the heat transfer liquid circuit.
  • the first element of the vehicle's electric powertrain can be an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy necessary for an electric traction motor of the vehicle.
  • the second element of the vehicle's electric traction chain may be an electronic unit for controlling an electric traction motor.
  • the third element of the vehicle's electric traction chain may be an electric vehicle traction motor.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit comprises:
  • the first two-fluid exchanger arranged jointly on the main refrigerant fluid loop and on the primary heat transfer liquid loop so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid
  • a seventh heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the secondary loop of the heat transfer liquid circuit comprises:
  • the third bifluid exchanger arranged jointly on the primary loop of dielectric heat transfer fluid and on the secondary loop of heat transfer liquid so as to allow heat exchange between the dielectric heat transfer fluid and the heat transfer liquid
  • an eighth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow from outside the vehicle passenger compartment.
  • the secondary heat transfer liquid loop allows the heat released to the heat transfer liquid to be dissipated into the outside air.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit is connected to the secondary loop of the heat transfer liquid circuit by a first connecting branch.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit is connected to the secondary loop of the heat transfer liquid circuit by a second connecting branch.
  • the first connecting branch connects a first connection point arranged on the primary loop of the heat transfer liquid circuit between the first bifluid exchanger and the seventh heat exchanger to a second connection point arranged on the secondary loop of the liquid circuit heat carrier between the eighth heat exchanger and the third bifluid exchanger.
  • the second connecting branch connects a third connection point arranged on the primary loop of the heat transfer liquid circuit between the seventh heat exchanger and the first bifluid exchanger to a fourth connection point arranged on the secondary loop of the heat transfer liquid circuit between the third bifluid exchanger and the eighth heat exchanger.
  • the refrigerant circuit comprises a branch of diversion arranged in parallel with the first expansion device and the second bifluid exchanger, the branch of branch successively comprising a second expansion device and a ninth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside the vehicle cabin.
  • the branch branch of the refrigerant circuit connects a first connection point arranged on the main loop downstream of the first two-fluid exchanger and upstream of the second two-fluid exchanger to a second connection point arranged on the main loop downstream of the second bifluid exchanger and upstream of the compression device, the bypass branch comprising a second expansion device arranged upstream of a ninth heat exchanger.
  • the first branch of the dielectric heat transfer fluid circuit connects a first connection point arranged on the primary loop between a first inlet/outlet of the second bifluid exchanger and a first inlet/outlet of the third bifluid exchanger to a second point of connection connection arranged on the primary loop between a second inlet/outlet of the third bifluid exchanger and a second inlet/outlet of the second bifluid exchanger.
  • the second branch of the dielectric heat transfer fluid circuit connects a third connection point arranged on the primary loop between the first connection point and the first inlet/outlet of the third bifluid exchanger to a fourth connection point arranged on the primary loop between the second connection point and the second inlet/outlet of the third bifluid exchanger.
  • connection point and the third connection point can be confused.
  • second connection point and the fourth connection point can be confused.
  • the primary loop of the dielectric heat transfer fluid circuit includes a shut-off valve.
  • the shut-off valve is arranged between the second connection point and the fourth connection point.
  • the ninth heat exchanger is arranged upstream of the seventh heat exchanger in a direction of flow of the interior air flow.
  • the primary loop of the dielectric heat transfer fluid circuit comprises a first circulation pump.
  • the first circulation pump is configured to circulate the dielectric heat transfer fluid from the second two-fluid exchanger to the third two-fluid exchanger.
  • the first circulation pump is arranged between the second two-fluid exchanger and the third two-fluid exchanger.
  • the first branch of the dielectric heat transfer fluid circuit comprises a second circulation pump.
  • the second branch of the dielectric heat transfer fluid circuit comprises a third circulation pump.
  • the primary loop of the heat transfer liquid circuit comprises a fourth circulation pump.
  • the fourth circulation pump is configured to circulate the heat transfer liquid from the first bifluid exchanger to the seventh heat exchanger.
  • the secondary loop of the heat transfer liquid circuit comprises a fifth circulation pump.
  • the fifth circulation pump is configured to circulate the heat transfer liquid from the third bifluid exchanger to the eighth heat exchanger.
  • the main refrigerant fluid loop comprises an internal heat exchanger comprising a first heat exchange section disposed downstream of the first bifluid exchanger and upstream of the second bifluid exchanger and a second heat exchange section arranged downstream of the second bifluid exchanger and upstream of the compression device, the internal heat exchanger being configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section and the fluid refrigerant in the second heat exchange section.
  • the primary heat transfer liquid loop comprises an electric heating device configured to selectively heat the heat transfer liquid.
  • the electric heating device can be selectively activated so as to accelerate the rise in temperature of the heat transfer liquid.
  • the dielectric heat transfer fluid circuit comprises a four-way valve arranged jointly on the primary loop, on the first branch of diversion and on the second branch of branch.
  • a single component thus makes it possible to adjust the respective flow rate in three different parts of the dielectric heat transfer fluid circuit, namely the primary loop, the first bypass branch and the second bypass branch.
  • the four-way valve can be a proportional valve.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a first three-way valve arranged jointly on the primary loop and on the first connecting branch.
  • the first three-way valve is for example a proportional valve.
  • the heat transfer liquid circuit comprises a second three-way valve arranged jointly on the secondary loop and on the first connecting branch.
  • the second three-way valve is a proportional valve.
  • the liquid heat transfer fluid circuit comprises a third three-way valve arranged jointly on the secondary loop and on the second connecting branch.
  • the third three-way valve is for example a proportional valve.
  • the main loop of the refrigerant circuit comprises a refrigerant accumulation device disposed downstream of the second bifluid exchanger and upstream of the compression device.
  • the refrigerant accumulation device is arranged upstream of the second heat exchange section of the internal exchanger.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a first cooling mode, in which:
  • a flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the third bifluid exchanger where it transfers heat to the heat transfer fluid, and is divided into:
  • a flow of heat transfer liquid circulates in the third bifluid exchanger where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and in the eighth heat exchanger where it transfers heat to the outside air flow, and joins the third bifluid exchanger.
  • the first element of the traction chain, the second element and the third element of the electric traction chain are all three cooled by the dielectric heat transfer fluid, by transferring the absorbed heat to the heat transfer liquid at the level of the third bifluid exchanger.
  • the heat rejected in the heat transfer liquid is then dissipated in the outside air flow at the eighth heat exchanger.
  • the elements of the traction chain are thus cooled without activating the refrigerant compression device, which limits energy consumption.
  • This mode of operation is advantageous for example when the outside temperature is sufficiently low and the outside air flow is sufficient to allow sufficient heat exchange at the level of the eighth exchanger.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a second cooling mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expansion device where it passes at low pressure, in the second bifluid exchanger where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and returns to the compression device,
  • a flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the second two-fluid exchanger where it transfers heat to the refrigerant fluid, and is divided into:
  • a flow of heat transfer liquid circulates in the first two-fluid exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, and in the eighth heat exchanger where it transfers heat to the outside air flow, and joins the first two-fluid exchanger.
  • the first element of the traction chain, the second element and the third element of the electric traction chain are all cooled by the dielectric heat transfer fluid.
  • the heat rejected in the dielectric heat transfer fluid by the operations of the elements of the traction chain is transferred to the refrigerant fluid at the second bifluid exchanger, and is dissipated in the exterior air flow at the eighth heat exchanger.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called recuperative heating mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expansion device where it passes at low pressure, in the second bifluid exchanger where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and returns to the compression device,
  • a flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the second two-fluid exchanger where it transfers heat to the refrigerant fluid, and divides into:
  • a third flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the fifth heat exchanger where it receives heat, in the sixth heat exchanger where it receives heat, the third flow of dielectric heat transfer fluid and the second flow of heat transfer fluid dielectric joining before joining the first flow of dielectric heat transfer fluid and returning to the second bifluid exchanger,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates in the first two-fluid exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, in the seventh heat exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and returns to the first two-fluid exchanger,
  • a second flow of heat transfer liquid circulates in the third bifluid exchanger where it transfers heat to the dielectric heat transfer fluid, and in the eighth heat exchanger where it receives heat from the outside air flow, and joins the third bifluid exchanger .
  • the passenger compartment is heated by recovering the heat dissipated by the first element, the second element and the third element of the traction chain. Heat recovery from the outside air flow is also carried out.
  • This operating mode allows the passenger compartment to be heated by maximizing energy recovery from the different energy sources available and minimizing the energy to be supplied to the compressor.
  • the invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system as described above, in a so-called heating and dehumidification mode, in which:
  • a flow of refrigerant fluid circulates in the compression device where it passes at high pressure, and circulates successively in the first heat exchanger where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expansion device where it passes at low pressure , in the ninth heat exchanger where it receives heat from the interior air flow, and returns to the compression device,
  • a first flow of heat transfer liquid circulates in the first two-fluid exchanger where it receives heat from the refrigerant fluid, and is divided into: -- a second flow of heat transfer liquid circulating in the seventh heat exchanger where it transfers heat to the interior air flow, and
  • a flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the third bifluid exchanger where it receives heat from the heat transfer liquid, in the fourth heat exchanger where it releases heat, and joins the third bifluid exchanger.
  • the refrigerant fluid at high pressure and high temperature condenses in the first two-fluid exchanger, and heats the heat transfer liquid.
  • the low pressure refrigerant after expansion in the second expansion valve evaporates in the ninth heat exchanger and cools the indoor air flow.
  • the flow of heat transfer liquid circulating in the seventh heat exchanger heats the previously cooled interior air flow as it passes through the ninth heat exchanger.
  • the interior air flow is thus dehumidified.
  • the electric heating device can also be activated so as to further heat the heat transfer liquid.
  • the flow of heat transfer fluid circulating in the third bifluid exchanger also heats the dielectric heat transfer fluid.
  • the heated dielectric heat transfer fluid circulates in the fourth exchanger and heats the first element of the electric traction chain.
  • the dielectric heat transfer fluid does not circulate in the second branch branch, the second element and the third element of the traction chain are not heated.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the embodiment of Figure 1
  • FIG. 3 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 operating in a mode of operation called first cooling mode
  • FIG. 4 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 operating in a mode of operation called second cooling mode
  • FIG. 5 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 operating in a mode of operation called recuperative heating mode
  • FIG. 6 represents a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 2 operating in an operating mode called heating and dehumidification mode.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid considered.
  • the term “a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant fluid successively travels through the first element, then the second element, without going through the compression device. In other words, the refrigerant fluid leaves the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
  • Each of the expansion devices used can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • an electronic controller controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
  • the thermal conditioning system 100 which will be described can be fitted to a motor vehicle.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid.
  • the electronic control unit also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the control of the different actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • a compression device 15 makes it possible to circulate a refrigerant fluid in a closed refrigerant circulation circuit.
  • the compression device 15 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 15 comprises a suction side of the refrigerant fluid at low pressure, also called inlet 15a of the compression device, and a discharge side of the refrigerant fluid at high pressure, also called outlet 15b of the compression device.
  • compression device 15 The internal moving parts of the compressor 15 cause the refrigerant fluid to pass from low pressure on the inlet side 15a to high pressure on the outlet side 15b. After expansion in one or more expansion members, the refrigerant fluid returns to inlet 15a of compressor 15 and begins a new thermodynamic cycle.
  • the compressor 15 here is a compressor having exactly one inlet and one outlet of refrigerant fluid.
  • connection point allows the refrigerant fluid to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by varying the degree of opening of the expansion devices arranged on each of the branches connected to this point.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
  • the refrigerant fluid used by the refrigerant fluid circuit 1 1 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerant fluids could be used, such as R134a or R290.
  • Each connection point of the heat transfer liquid circuit 13 allows the heat transfer liquid to pass into one or other of the portions of the heat transfer liquid circuit 13 joining at this connection point.
  • Each connection point of the heat transfer liquid circuit 13 is a means of redirecting the heat transfer liquid arriving at this connection point.
  • each connection point of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 allows the dielectric heat transfer fluid to pass into one or other of the portions of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 joining at this connection point.
  • Each connection point of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 is a means of redirecting the dielectric heat transfer fluid arriving at this connection point.
  • interior air flow Fi means a flow of air intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This interior air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • a motorized fan unit not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the interior air flow if necessary.
  • Fi The motor-fan group is for example arranged upstream of the ninth heat exchanger 9.
  • external air flow Fe we mean an air flow which is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, the exterior air flow Fe remains outside the vehicle cabin.
  • Another motor-fan group, not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the exterior air flow Fe if necessary.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a thermal conditioning system 100 for an electric or hybrid automobile vehicle, comprising:
  • refrigerant fluid circuit 1 1 comprising a main loop 11 A comprising successively in one direction of circulation of the refrigerant fluid:
  • a first two-fluid exchanger 1, arranged jointly on the main loop 1 1 A of refrigerant fluid and on the heat transfer liquid circuit 13 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, -- a first expander 31,
  • dielectric heat transfer fluid circuit 12 comprising:
  • the second two-fluid exchanger 2 arranged jointly on the main loop 11A of refrigerant fluid and on the primary loop 12A of dielectric heat transfer fluid so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the dielectric heat transfer fluid
  • a third bifluid exchanger 3 arranged jointly on the primary loop 12A of dielectric heat transfer fluid and on the heat transfer liquid circuit 13 so as to allow heat exchange between the dielectric heat transfer fluid and the heat transfer liquid,
  • first branch of diversion 12B connected to the primary loop 12A in parallel with the third bifluid exchanger 3, the first branch of branch 12B comprising a fourth heat exchanger 4 configured to be coupled thermally to a first element 41 of an electric traction chain of the vehicle,
  • a second branch of diversion 12C connected to the primary loop 12A in parallel with the third bifluid exchanger 3, the second branch of branch 12C comprising a fifth heat exchanger 5 configured to be thermally coupled to a second element 42 of the traction chain electric of the vehicle and a sixth heat exchanger 6 configured to be thermally coupled to a third element 43 of the electric traction chain of the vehicle.
  • This architecture makes it possible to cool the main elements of the vehicle's powertrain using a dielectric heat transfer fluid.
  • the number of interfaces between the refrigerant, which is the source of cooling, and the elements to be cooled is minimized. The efficiency of heat transfer is thus improved.
  • cooling by the dielectric heat transfer fluid makes it possible to obtain a more uniform temperature in the elements to be cooled, which reduces the associated stresses and improves the reliability of these elements.
  • the first element 41 of the electric traction chain of the vehicle can be an electrical energy storage battery.
  • the battery can provide the energy necessary for an electric traction motor of the vehicle.
  • the fourth heat exchanger 4 can be formed by the electrical energy storage battery itself. In other words, the cells of the battery 41 are in direct contact with the dielectric heat transfer fluid and can carry out heat exchange with the dielectric heat transfer fluid.
  • the second element 42 of the electric traction chain of the vehicle may be an electronic unit for controlling an electric traction motor.
  • the fifth heat exchanger 5 can be formed by the electronic control unit of the electric motor, that is to say that the electronic elements dissipating heat are directly in contact with the dielectric heat transfer fluid, which allows transfer direct thermal between the electronic elements and the dielectric heat transfer fluid.
  • the dielectric heat transfer fluid circulates inside the housing of the electronic control unit of the electric motor.
  • the third element 43 of the vehicle's electric traction chain may be an electric vehicle traction motor.
  • the sixth heat exchanger 6 can be formed by the electric motor, that is to say that the heat-dissipating components of the motor are directly in contact with the dielectric heat transfer fluid and can therefore exchange thermally with it.
  • the dielectric heat transfer fluid is electrically insulating.
  • the dielectric heat transfer fluid can thus be in direct contact with the elements of an electrical energy storage battery, or with electronic or electrical components of an electrical organ.
  • the dielectric heat transfer fluid can be two-phase, that is to say comprise a mixture of liquid and vapor.
  • the heat transfer liquid is for example a mixture of water and glycol.
  • the first two-fluid exchanger 1 is arranged jointly on the main loop 11A of refrigerant fluid and on a primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13.
  • the third two-fluid exchanger 3 is arranged jointly on the primary loop 12A of heat transfer fluid dielectric and on a secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13.
  • the first two-fluid exchanger 1 makes it possible to condense at least partly the refrigerant fluid at high temperature and high pressure at the outlet of the compression device 15.
  • the second two-fluid exchanger 2 can make it possible to evaporate at least partly the refrigerant fluid at low pressure at the outlet of the first expansion device 31.
  • the refrigerant circuit 1 1 forms a closed circuit configured to circulate a flow of refrigerant fluid.
  • the dielectric heat transfer fluid circuit 12 forms a closed circuit configured to circulate a flow of dielectric heat transfer fluid.
  • the heat transfer liquid circuit 13 forms a closed circuit configured to circulate a flow of heat transfer liquid. In its nominal operating state, that is to say without a fault causing a leak, each of the circuits 11, 12, 13 is waterproof.
  • the refrigerant fluid circuit 11, the dielectric heat transfer fluid circuit 12 and the heat transfer liquid circuit 13 are disjoint. In other words, the refrigerant fluid, the dielectric heat transfer fluid and the liquid heat transfer cannot mix when the thermal conditioning system is in a nominal operating state.
  • Each two-fluid exchanger 1, 2, 3 makes it possible to carry out a heat exchange between two distinct fluids each circulating in a closed circuit.
  • the two closed circuits can carry out a thermal exchange, or heat exchange, at the level of the bifluid exchanger.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer liquid can thus carry out a heat exchange, also called heat exchange, at the level of the first two-fluid exchanger 1.
  • the first two-fluid exchanger 1 comprises a first heat exchange section 1 a through which the fluid passes refrigerant and a second heat exchange section 1 b through which the heat transfer liquid passes.
  • a heat exchange is carried out between the first heat exchange section 1 a and the second heat exchange section 1 b of the first bifluid exchanger 1.
  • the refrigerant fluid and the dielectric heat transfer fluid can carry out a heat exchange at the level of the second bifluid exchanger
  • the second two-fluid exchanger 2 comprises a first heat exchange section 2a through which the refrigerant fluid passes and a second heat exchange section 2b through which the dielectric heat transfer fluid passes. A heat exchange is carried out between the first heat exchange section 2a and the second heat exchange section 2b of the second bifluid exchanger 2.
  • the dielectric heat transfer fluid and the heat transfer liquid can carry out a heat exchange at the level of the third bifluid exchanger
  • the third bifluid exchanger 3 comprises a first heat exchange section 3a through which the dielectric heat transfer fluid passes and a second heat exchange section 3b through which the heat transfer liquid passes. A heat exchange is carried out between the first heat exchange section 3a and the second heat exchange section 3b of the third bifluid exchanger 3.
  • the first bifluid exchanger 1 is distinct from the second bifluid exchanger 2.
  • the second bifluid exchanger 2 is distinct from the third bifluid exchanger 3.
  • the third bifluid exchanger 3 is distinct from the first bifluid exchanger 1.
  • the first bifluid exchanger 1 and the second two-fluid exchanger 2 have no portion in common.
  • the second bifluid exchanger 2 and the third bifluid exchanger 3 also have no portion in common.
  • the first two-fluid exchanger 1 and the third two-fluid exchanger 3 have no portion in common.
  • the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 comprises:
  • the first two-fluid exchanger 1 arranged jointly on the main loop 11 A of refrigerant fluid and on the primary loop 13A of heat transfer liquid so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, and
  • a seventh heat exchanger 7 configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment of the vehicle.
  • the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13 comprises:
  • the third bifluid exchanger 3 arranged jointly on the primary loop 12A of dielectric heat transfer fluid and on the secondary loop 13B of heat transfer liquid so as to allow heat exchange between the dielectric heat transfer fluid and the heat transfer liquid, and
  • an eighth heat exchanger 8 configured to exchange heat with an exterior air flow Fe to the passenger compartment of the vehicle.
  • the secondary heat transfer liquid loop 13B makes it possible to dissipate the heat transferred to the heat transfer liquid into the outside air Fe.
  • the eighth heat exchanger 8 is for example placed at the front of the vehicle, at the level of the grille, in order to benefit from the air flow generated by the advancement of the vehicle.
  • the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 is connected to the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit by a first connecting branch 13C.
  • the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 is also connected to the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit by a second connecting branch 13D.
  • the first connecting branch 13C connects a first connection point 71 arranged on the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 between the first bifluid exchanger 1 and the seventh heat exchanger 7 to a second connection point 72 arranged on the secondary loop 13B of the liquid circuit heat transfer 13 between the eighth heat exchanger 8 and the third bifluid exchanger 3.
  • the second connecting branch 13D connects a third connection point 73 arranged on the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 between the seventh heat exchanger 7 and the first bifluid exchanger 1 to a fourth connection point 74 arranged on the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13 between the third bifluid exchanger 3 and the eighth heat exchanger 8.
  • the refrigerant fluid circuit 1 1 comprises a branch branch 11 B arranged in parallel with the first expansion device 31 and the second two-fluid exchanger 2, the branch branch 1 1 B successively comprising a second expansion device 32 and a ninth heat exchanger 9 configured to exchange heat with an interior air flow Fi to the passenger compartment of the vehicle.
  • This bypass branch 1 1 B, the second expansion device 32 and the associated heat exchanger make it possible to cool the passenger compartment of the vehicle.
  • the ninth heat exchanger 9 and the seventh heat exchanger 7 are arranged in the heating, ventilation and air conditioning installation.
  • the ninth heat exchanger 9 is arranged upstream of the seventh heat exchanger 7 in a direction of flow of the interior air flow Fi.
  • the branch branch 1 1 B of the refrigerant circuit 1 1 connects a first connection point 51 arranged on the main loop 1 1 A downstream of the first two-fluid exchanger 1 and upstream of the second two-fluid exchanger 2 to a second connection point 52 arranged on the main loop 1 1 A downstream of the second bifluid exchanger 2 and upstream of the compression device 15, the branch branch 1 1 B comprising a second expansion device 32 arranged upstream of a ninth exchanger heat exchanger 9.
  • the subassembly formed by the second expansion device 32 and the ninth heat exchanger 9 is in parallel with the subassembly formed by the first expansion device 31 and the second bifluid exchanger 2.
  • the first branch branch 12B of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 connects a first connection point 61 arranged on the primary loop 12A between a first inlet/outlet of the second bifluid exchanger 2 and a first inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3 to a second connection point 62 arranged on the primary loop 12A between a second inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3 and a second inlet/outlet of the second bifluid exchanger 2.
  • the second branch 12C of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 connects a third connection point 63 arranged on the primary loop 12A between the first connection point 61 and the first inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3 to a fourth connection point 64 arranged on the primary loop 12A between the second connection point 62 and the second inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3.
  • connection point 63 is arranged on the primary loop 12A between the first connection point 61 and the first dielectric fluid inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3.
  • the fourth connection point 64 is arranged on the primary loop 12A between the second connection point 62 and the second dielectric fluid inlet/outlet of the third bifluid exchanger 3.
  • connection point 61 and the third connection point 63 can be confused, as is the case in the example illustrated.
  • the primary loop 12A of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 includes a stop valve 20.
  • the stop valve 20 is electrically controlled.
  • the second connection point 62 and the fourth connection point 64 are distinct.
  • the stop valve 20 is arranged between the second connection point 62 and the fourth connection point 64.
  • the second connection point 62 and the fourth connection point 64 can be confused.
  • the stop valve 20 is arranged between the fourth connection point 64 and the sixth heat exchanger 6.
  • the primary loop 12A of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 comprises a first circulation pump 21.
  • the first circulation pump 21 is configured to circulate the dielectric heat transfer fluid from the second bifluid exchanger 2 to the third bifluid exchanger 3.
  • the first circulation pump 21 is arranged between the second connection point 62 of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 and the second bifluid exchanger 2.
  • the first branch 12B of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 comprises a second circulation pump 22.
  • the second branch 12C of the dielectric heat transfer fluid circuit 12 comprises a third circulation pump 23.
  • the primary loop 13A of the heat transfer liquid circuit 13 comprises a fourth circulation pump 24.
  • the fourth circulation pump 24 is configured to circulate the heat transfer liquid from the first bifluid exchanger 1 to the seventh heat exchanger 7.
  • the fourth circulation pump 24 is arranged between the third connection point 73 of the heat transfer liquid circuit 13 and the first two-fluid exchanger 1.
  • the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13 includes a fifth circulation pump 25.
  • the fifth circulation pump 25 is configured to circulate the heat transfer liquid from the third bifluid exchanger 3 to the eighth heat exchanger 8.
  • the fifth circulation pump 25 is arranged between the third bifluid exchanger 3 and the fourth connection point 74 of the circuit of heat transfer liquid 13.
  • FIG. 2 illustrates a variant of the thermal conditioning system 100.
  • the main loop 1 1 A of refrigerant fluid comprises an internal heat exchanger 10 comprising a first heat exchange section 10a disposed downstream of the first bifluid exchanger 1 and upstream of the second bifluid exchanger 2 and a second heat exchange section 10b arranged downstream of the second bifluid exchanger 2 and upstream of the compression device 15, the internal heat exchanger 10 being configured to allow an exchange heat between the refrigerant in the first heat exchange section 10a and the refrigerant in the second heat exchange section 10b.
  • the primary heat transfer liquid loop 13A comprises an electric heating device 16 configured to selectively heat the heat transfer liquid.
  • the electric heating device 16 can be activated selectively so as to accelerate the rise in temperature of the heat transfer liquid.
  • the presence of the electric heating device 16 is independent of the presence of the internal exchanger 10, that is to say that according to variants not illustrated, the electric heating device 16 can be present while the internal exchanger 10 is not present, and the electric heating device 16 may not be present while the internal exchanger 10 is present.
  • the dielectric heat transfer fluid circuit 12 comprises a four-way valve 30 arranged jointly on the primary loop 12A, on the first branch of diversion 12B and on the second branch of branch 12C.
  • a single component thus makes it possible to adjust the respective flow rate in three different parts of the dielectric heat transfer fluid circuit 12, namely the primary loop 12A, the first branch of diversion 12B and the second branch of branch 12C.
  • a first inlet/outlet 30a and a second inlet/outlet 30b of the four-way valve 30 are arranged on the primary loop 12A.
  • a third inlet/outlet 30c of the four-way valve 30 is arranged on the first branch 12B.
  • the fourth inlet/outlet 30d of the four-way valve 30 is arranged on the second branch 12C.
  • the four-way valve 30 is here a proportional valve.
  • the outgoing flow rate from the different inputs/outputs 30a, 30b, 30c, 30d can vary continuously.
  • the four-way valve 30 could, according to another embodiment, be a non-proportional valve.
  • the flow rate leaving the different inputs/outputs 30a, 30b, 30c, 30d will be a function of the pressure losses of the different circuits 12, 12A, 12B, 12C and the rotation speeds of the different pumps 21, 22, 23.
  • the heat transfer liquid circuit 13 here comprises a first three-way valve 26 arranged jointly on the primary loop 13A and on the first connecting branch 13C.
  • the first three-way valve 26 is for example a proportional valve.
  • the first three-way valve 26 is configured to allow continuous distribution of the incoming flow through a first inlet/outlet between an outlet flow of a second inlet/outlet and a flow of output of a third input/output.
  • the output flow rate of the second input/output can vary continuously between zero flow rate and a flow rate equal to the input flow rate.
  • the output rate of the third inlet/output is equal to the inlet rate minus the outflow rate of the second inlet/output.
  • the first connection point 71 of the heat transfer liquid circuit 13 is part of the first three-way valve 26.
  • the first three-way valve 26 is arranged jointly on the primary loop 13A and on the second branch of 13D bond.
  • the third connection point 73 of the heat transfer liquid circuit 13 is part of the first three-way valve 26.
  • the heat transfer liquid circuit 13 comprises a second three-way valve 27 arranged jointly on the secondary loop 13B and on the first connecting branch 13C.
  • the second three-way valve 27 is a proportional valve.
  • the second connection point 72 of the heat transfer liquid circuit 13 is part of the second three-way valve 27.
  • the heat transfer liquid fluid circuit 13 comprises a third three-way valve 28 arranged jointly on the secondary loop 13B and on the second connecting branch 13D.
  • the use of three-way valves allows multiple possibilities for circulating heat transfer liquid, allowing many different operating modes, with a reduced number of components.
  • the third three-way valve 28 is for example a proportional valve.
  • the fourth connection point 74 of the heat transfer liquid circuit 13 is part of the third three-way valve 28.
  • the main loop 1 1 A of the refrigerant circuit 1 1 comprises a refrigerant accumulation device 17 disposed downstream of the second bifluid exchanger 2 and upstream of the compression device 15.
  • the refrigerant accumulation device 17 is arranged upstream of the second heat exchange section 10b of the internal exchanger 10.
  • the refrigerant accumulation device 17 is arranged downstream of the second connection point 52 and upstream of the second heat exchange section 10b of the internal exchanger 10.
  • Figures 3 to 6 illustrate different operating methods of a packaging system as described above. In these figures, the portions of each of the circuits 1 1, 12, 13 traversed by the fluid corresponding to this circuit are represented in thick continuous lines, and the portions of circuit which are not traversed by a fluid are represented in thin dotted lines .
  • Figure 3 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, operating in a first cooling mode.
  • a flow rate Qd of dielectric heat transfer fluid circulates in the third bifluid exchanger 3 where it transfers heat to the heat transfer fluid, and is divided into:
  • a flow rate Qc of heat transfer liquid circulates in the third bifluid exchanger 3 where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and in the eighth heat exchanger 8 where it transfers heat to the external air flow Fe, and joins the third two-fluid exchanger 3.
  • dielectric heat transfer fluid Qd, Qd1, Qd2 as well as the flow rate of heat transfer fluid Qc are shown schematically by arrows indicating the direction of circulation.
  • the refrigerant fluid does not circulate.
  • the first element 41 of the traction chain, the second element 42 and the third element 43 of the electric traction chain are all three cooled by the dielectric heat transfer fluid, by transferring the absorbed heat to the heat transfer liquid at the level of the third bifluid exchanger 3.
  • the heat rejected in the heat transfer liquid is then dissipated in the external air flow Fe at the level of the eighth heat exchanger 8.
  • the elements of the traction chain are thus cooled without activating the refrigerant compression device, which limits energy consumption.
  • This mode of operation is advantageous for example when the exterior temperature is sufficiently low and the exterior air flow sufficient to allow sufficient heat exchange at the level of the eighth exchanger 8.
  • the stop valve 20 is in the open position so that the dielectric heat transfer fluid circulating in the fourth heat exchanger 4 can join the dielectric heat transfer fluid circulating in the fifth 5 and the sixth 6 heat exchanger.
  • the second pump 22 and the third pump 23 are both activated.
  • the first pump 21 is kept inactive, so that the flow of dielectric heat transfer fluid in the third bifluid exchanger 3 is zero.
  • the flow rate of heat transfer liquid in the third bifluid exchanger 3 is equal to the flow rate of heat transfer liquid in the eighth heat exchanger 8.
  • the fourth pump 24 is inactive, and the fifth pump 25 is activated so to circulate the heat transfer liquid from the third bifluid exchanger 3 to the eighth heat exchanger 8.
  • the heat transfer liquid circulates only in the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13, passing successively through the fifth pump 25, the eighth heat exchanger 8, the third two-fluid exchanger 3.
  • Figure 4 illustrates a method of operating a thermal conditioning system 100 as described above, operating in a second cooling mode.
  • a flow rate Qr' of refrigerant fluid circulates in the compression device 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expansion device 31 where it passes at low pressure, into the second bifluid exchanger 2 where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and returns to the compression device 15.
  • a flow rate Qd' of dielectric heat transfer fluid circulates in the second exchanger bifluid 2 where it transfers heat to the refrigerating fluid, and is divided into:
  • a flow rate Qc' of heat transfer liquid circulates in the first bifluid exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, and in the eighth heat exchanger 8 where it gives up heat to the external air flow Fe, and joins the first two-fluid exchanger 1.
  • the first element 41 of the traction chain, the second element 42 and the third element 43 of the electric traction chain are all cooled by the dielectric heat transfer fluid.
  • the heat rejected in the dielectric heat transfer fluid by the operations of the elements of the traction chain is transferred to the refrigerant fluid at the level of the second bifluid exchanger 2, and is dissipated in the external air flow Fe at the level of the eighth heat exchanger 8 .
  • the stop valve 20 is in the open position so that the flow rate Qd2' of dielectric heat transfer fluid circulating in the fifth 5 and the sixth 6 heat exchanger can reach the flow rate Qd1 'of dielectric heat transfer fluid circulating in the fourth heat exchanger 4.
  • the first pump 21, the second pump 22 and the third pump 23 are all three activated.
  • the fifth pump 25 is inactive, and no flow of heat transfer liquid passes through the third bifluid exchanger 3.
  • the fourth pump 24 is activated, so as to circulate a flow rate Qc' of heat transfer liquid in the eighth heat exchanger 8.
  • the liquid heat transfer circulates successively in the fourth pump 24, in the first bifluid exchanger 1, in the first connecting branch 13C, in the secondary loop portion 13B comprising the eighth heat exchanger 8, in the second connecting branch 13D, and returns to the fourth pump 24.
  • No flow of dielectric heat transfer fluid circulates in the third bifluid exchanger 3.
  • Figure 5 illustrates an operating method for a thermal conditioning system 100 as described above, operating in a so-called recuperative heating mode.
  • a flow rate Qr” of refrigerant fluid circulates in the compression device 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the first expansion device 31 where it passes at low pressure, into the second bifluid exchanger 2 where it receives heat from the dielectric heat transfer fluid, and returns to the compression device 15.
  • a flow rate Qd” of dielectric heat transfer fluid circulates in the second bifluid exchanger 2 where it transfers heat to the refrigerant fluid, and divides into:
  • a third flow rate Qd3” of dielectric heat transfer fluid circulates in the fifth heat exchanger 5 where it receives heat, in the sixth heat exchanger 6 where it receives heat, the third flow rate Qd3” of dielectric heat transfer fluid and the second flow Qd2” of dielectric heat transfer fluid joining before joining the first flow Qd1” of dielectric heat transfer fluid and return to the second bifluid exchanger 2.
  • a first flow Qc1” of heat transfer liquid circulates in the first bifluid exchanger 1 where it receives heat from the refrigerant fluid, in the seventh heat exchanger 7 where it gives up heat to the internal air flow Fi, and returns to the first two-fluid exchanger 1,
  • a second flow rate Qc2” of heat transfer liquid circulates in the third bifluid exchanger 3 where it transfers heat to the dielectric heat transfer fluid, and in the eighth heat exchanger 8 where it receives heat from the external air flow Fe, and joins the third bifluid exchanger 3.
  • the passenger compartment is heated by recovering the heat dissipated by the first element 41, the second element 42 and the third element 43 of the traction chain. Heat recovery from the outside air flow Fe is also carried out. This mode of operation thus makes it possible to heat the passenger compartment by maximizing energy recovery and minimizing the energy supplied by the compressor 15.
  • the refrigerant fluid provides heat to the heat transfer liquid circulating in the primary loop 13A at the level of the first two-fluid exchanger 1.
  • the heated heat transfer liquid can thus dissipate heat in the interior air flow Fi at the level of the seventh exchanger of heat 7.
  • the dielectric heat transfer fluid receives heat from the three elements 41, 42, 43 of the traction chain and provides heat to the refrigerant fluid at the level of the second bifluid exchanger 2.
  • the external air flow Fe provides the heat to the heat transfer liquid circulating in the secondary loop 13B at the level of the eighth heat exchanger 8, and the heat transfer liquid supplies heat to the dielectric heat transfer fluid at the level of the third bifluid exchanger 3.
  • the first inlet/outlet 30a of the four-way valve 30 is in communication with the second inlet/outlet 30b, as well as with the third inlet/outlet 30c and the fourth inlet/outlet 30d.
  • the three pumps 21, 22, 23 are activated, and the stop valve 20 is open so that the three flows leaving the four-way valve 30 can join together and return to the first pump 21 then the second two-fluid exchanger 2.
  • the three-way valves 26, 27, 28 are in a position allowing the primary loop 13A and the secondary loop 13B to be isolated. No flow passes through the first connecting branch 13C nor the second connecting branch 13D.
  • the fourth pump 24 and the fifth pump 25 are both activated so as to circulate the heat transfer liquid.
  • Figure 6 illustrates an operating method for a thermal conditioning system 100 as described above, operating in a so-called heating and dehumidification mode.
  • a flow rate Qr'” of refrigerant fluid circulates in the compression device 15 where it passes at high pressure, and circulates successively in the first two-fluid exchanger 1 where it transfers heat to the heat transfer liquid, in the second expansion device 32 where it passes at low pressure, into the ninth heat exchanger 9 where it receives heat from the interior air flow Fi, and returns to the compression device 15.
  • a flow rate Qd'” of dielectric heat transfer fluid circulates in the third bifluid exchanger 3 where it receives heat from the heat transfer liquid, in the fourth heat exchanger 4 where it releases heat, and joins the third bifluid exchanger 3.
  • the refrigerant fluid at high pressure and high temperature condenses in the first two-fluid exchanger 1, and heats the heat transfer liquid.
  • the low pressure refrigerant fluid after expansion in the second expander 32 evaporates in the ninth heat exchanger 9 and cools the interior air flow Fi.
  • the flow rate Qc2'” of heat transfer liquid circulating in the seventh heat exchanger 7 heats the interior air flow Fi previously cooled by its passage through the ninth heat exchanger 9.
  • the interior air flow Fi is thus dehumidified, that is to say that its partial pressure water vapor decreases.
  • the electric heating device 16 can also be activated so as to further heat the heat transfer liquid.
  • the flow rate Qc3'” of heat transfer liquid circulating in the third bifluid exchanger 3 also heats the dielectric heat transfer fluid.
  • the flow rate Qd'” of heated dielectric heat transfer fluid circulates in the fourth exchanger 4 and heats the first element 41 of the vehicle's electric traction chain.
  • the dielectric heat transfer fluid does not circulate in the second branch 12C, which means that the second element 42 and the third element 43 of the traction chain are not heated.
  • the fourth pump 24 and the fifth pump 25 are activated so as to circulate the heat transfer liquid in the heat transfer liquid circuit 13.
  • the second pump 22 is activated and the stop valve 20 is in the open position so as to allow the circulation of the dielectric heat transfer fluid in the first branch 12B and in the portion of primary loop 12A between the first connection point 61 and the second connection point 62 of the dielectric heat transfer fluid circuit.
  • the first pump 21 and the third pump 23 are inactive.
  • the first expansion valve 31 is in the closed position, so that the refrigerant fluid does not circulate in the second two-fluid exchanger 2.
  • the second three-way valve 27 and the third three-way valve 28 prevent the circulation of heat transfer liquid in the secondary loop 13B of the heat transfer liquid circuit 13, so that the eighth heat exchanger 8 is not traversed by heat transfer liquid.
  • the three inputs/outputs of the first three-way valve 26 are in communication.
  • the third inlet/outlet 30c of the four-way valve 30 is in communication with the second inlet/outlet 30b.
  • This operating mode is used for example during the activation phase of the vehicle at cold ambient temperature.
  • the battery is heated to optimize its capacity, and the air in the passenger compartment is at the same time dehumidified so as to prevent fogging on the vehicle's windshield.
  • Many other modes of operation, not illustrated, are possible.

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Abstract

Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, comportant : - un circuit de fluide réfrigérant (11) comprenant: - un compresseur (15), - un premier échangeur bifluide (1), - un premier détendeur (31), - un deuxième échangeur bifluide (2), - un circuit de fluide caloporteur diélectrique (12), comportant : - une boucle primaire (12A) comprenant : - le deuxième échangeur bifluide (2), - un troisième échangeur bifluide (3), - une première branche de dérivation (12B) comportant un quatrième échangeur (4) couplé thermiquement à un premier élément (41) d'une chaîne de traction électrique du véhicule, - une deuxième branche de dérivation (12C) comportant un cinquième échangeur (5) et un sixième échangeur (6) couplés thermiquement respectivement à un deuxième élément (42) et à un troisième élément (43) de la chaîne de traction électrique du véhicule.

Description

SYSTEME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. Ces systèmes peuvent notamment équiper un véhicule automobile. De tels systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, comme par exemple l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de différents échangeurs de chaleur permettant d’assurer un chauffage ou un refroidissement de différents organes.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermique font couramment appel à une boucle de fluide réfrigérant et à une boucle de liquide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le brevet EP2933586 B1 en est un exemple. La boucle de fluide réfrigérant est formée de sorte que le fluide réfrigérant cède de la chaleur à un liquide caloporteur dans un premier échangeur bifluide. La chaleur cédée au liquide caloporteur peut ensuite être dissipée dans un flux d’air destiné à l’habitacle afin de le chauffer. Le circuit de liquide caloporteur permet aussi de refroidir des éléments de la chaîne de traction du véhicule dissipant de la chaleur, comme le moteur électrique de traction du véhicule ou l’électronique de puissance commandant le moteur électrique. Pour cela, un autre échangeur bifluide permet de réaliser un échange de chaleur entre le liquide caloporteur et le fluide réfrigérant afin de refroidir le liquide caloporteur.
[3] Par ailleurs, les besoins de charge rapide des batteries demandent d’augmenter la puissance de refroidissement disponible. Afin de disposer d’une puissance de refroidissement élevée des batteries, ainsi que d’une bonne homogénéité de la température des batteries, il est connu de faire circuler un fluide caloporteur diélectrique à l’intérieur des éléments de la batterie. Dans ce cas, un échangeur bifluide additionnel est utilisé, afin de réaliser un échange thermique entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur diélectrique. Le refroidissement de la batterie demande donc que le compresseur de fluide réfrigérant fonctionne, ce qui peut ne pas être souhaitable dans certains cas.
[4] Il existe ainsi un besoin de pouvoir disposer de systèmes de conditionnement thermique pouvant proposer différents modes de refroidissement de la batterie ou de différents éléments de la chaîne de traction du véhicule, en particulier sans faire appel à une circulation de fluide réfrigérant sous pression.
Résumé
[5] A cette fin, la présente invention propose un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile électrique ou hybride, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression,
-- un premier échangeur bifluide, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, -- un premier détendeur,
-- un deuxième échangeur bifluide,
- un circuit de fluide caloporteur diélectrique, comportant :
-- une boucle primaire, comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide caloporteur diélectrique :
- le deuxième échangeur bifluide, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire de fluide caloporteur diélectrique de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur diélectrique,
- un troisième échangeur bifluide, agencé conjointement sur la boucle primaire de fluide caloporteur diélectrique et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur,
-- une première branche de dérivation reliée à la boucle primaire en parallèle du troisième échangeur bifluide, la première branche de dérivation comportant un quatrième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément d’une chaîne de traction électrique du véhicule,
-- une deuxième branche de dérivation reliée à la boucle primaire en parallèle du troisième échangeur bifluide, la deuxième branche de dérivation comportant un cinquième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule et un sixième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule.
[6] Cette architecture permet de refroidir les principaux éléments de la chaîne de traction du véhicule par un fluide caloporteur diélectrique. Le nombre d’interfaces entre le fluide réfrigérant, qui est à l’origine du refroidissement, et les éléments à refroidir est minimisé. L’efficacité du transfert thermique est ainsi améliorée. De plus, le refroidissement par le fluide caloporteur diélectrique permet d’obtenir une température plus homogène dans les éléments à refroidir, ce qui diminue les contraintes associées et améliore la fiabilité.
[7] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[8] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, le premier échangeur bifluide est agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire du circuit de liquide caloporteur, et le troisième échangeur bifluide est agencé conjointement sur la boucle primaire de fluide caloporteur diélectrique et sur une boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur.
[9] Le premier élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique de traction du véhicule.
[10] Le deuxième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être une unité électronique de commande d’un moteur électrique de traction.
[11] Le troisième élément de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être un moteur électrique de traction du véhicule. [12] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur comprend:
- le premier échangeur bifluide, agencé conjointement sur la boucle principale de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et
- un septième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[13] Selon un autre aspect du système de conditionnement thermique, la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur comprend :
- le troisième échangeur bifluide, agencé conjointement sur la boucle primaire de fluide caloporteur diélectrique et sur la boucle secondaire de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur, et
- un huitième échangeur de chaleur configuré pour échangeur de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
[14] La boucle secondaire de liquide caloporteur permet de dissiper dans l’air extérieur la chaleur cédée au liquide caloporteur.
[15] Selon un mode de réalisation, la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur est reliée à la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur par une première branche de liaison.
[16] Selon un mode de réalisation, la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur est reliée à la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur par une deuxième branche de liaison.
[17] La première branche de liaison relie un premier point de raccordement disposé sur la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur entre le premier échangeur bifluide et le septième échangeur de chaleur à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur entre le huitième échangeur de chaleur et le troisième échangeur bifluide.
[18] La deuxième branche de liaison relie un troisième point de raccordement disposé sur la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur entre le septième échangeur de chaleur et le premier échangeur bifluide à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur entre le troisième échangeur bifluide et le huitième échangeur de chaleur.
[19] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte une branche de dérivation disposée en parallèle du premier dispositif de détente et du deuxième échangeur bifluide, la branche de dérivation comprenant successivement un deuxième dispositif de détente et un neuvième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
[20] Cette branche de dérivation, le deuxième dispositif de détente et l’échangeur de chaleur associé permettent de refroidir l’habitacle du véhicule.
[21] La branche de dérivation du circuit de fluide réfrigérant relie un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur bifluide et en amont du deuxième échangeur bifluide à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du dispositif de compression, la branche de dérivation comportant un deuxième dispositif de détente disposé en amont d’un neuvième échangeur de chaleur.
[22] La première branche de dérivation du circuit de fluide caloporteur diélectrique relie un premier point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une première entrée/sortie du deuxième échangeur bifluide et une première entrée/sortie du troisième échangeur bifluide à un deuxième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre une deuxième entrée/sortie du troisième échangeur bifluide et une deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur bifluide.
[23] La deuxième branche de dérivation du circuit de fluide caloporteur diélectrique relie un troisième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre le premier point de connexion et la première entrée/sortie du troisième échangeur bifluide à un quatrième point de connexion disposé sur la boucle primaire entre le deuxième point de connexion et la deuxième entrée/sortie du troisième échangeur bifluide.
[24] Selon un exemple de mise en oeuvre, le premier point de connexion et le troisième point de connexion peuvent être confondus. [25] Le deuxième point de connexion et le quatrième point de connexion peuvent être confondus.
[26] La boucle primaire du circuit de fluide caloporteur diélectrique comprend une vanne d’arrêt.
[27] La vanne d’arrêt est disposée entre le deuxième point de connexion et le quatrième point de connexion.
[28] De préférence, le neuvième échangeur de chaleur est disposé en amont du septième échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur.
[29] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle primaire du circuit de fluide caloporteur diélectrique comprend une première pompe de circulation.
[30] La première pompe de circulation est configurée pour faire circuler le fluide caloporteur diélectrique du deuxième échangeur bifluide vers le troisième échangeur bifluide.
[31] La première pompe de circulation est disposée entre le deuxième échangeur bifluide et le troisième échangeur bifluide.
[32] Selon un exemple de réalisation, la première branche de dérivation du circuit de fluide caloporteur diélectrique comprend une deuxième pompe de circulation.
[33] Selon un exemple de mise en oeuvre du système de conditionnement thermique, la deuxième branche de dérivation du circuit de fluide caloporteur diélectrique comprend une troisième pompe de circulation.
[34] Selon un mode de réalisation, la boucle primaire du circuit de liquide caloporteur comprend une quatrième pompe de circulation.
[35] La quatrième pompe de circulation est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du premier échangeur bifluide vers le septième échangeur de chaleur.
[36] Selon un exemple de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle secondaire du circuit de liquide caloporteur comprend une cinquième pompe de circulation. [37] La cinquième pompe de circulation est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du troisième échangeur bifluide vers le huitième échangeur de chaleur.
[38] Selon une variante de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne comportant une première section d’échange thermique disposée en aval du premier échangeur bifluide et en amont du deuxième échangeur bifluide et une deuxième section d’échange thermique disposée en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du dispositif de compression, l’échangeur de chaleur interne étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique.
[39] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle primaire de liquide caloporteur comprend un dispositif de chauffage électrique configuré pour sélectivement chauffer le liquide caloporteur.
[40] Le dispositif de chauffage électrique peut être activé sélectivement de façon à accélérer la montée en température du liquide caloporteur.
[41] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide caloporteur diélectrique comporte une vanne quatre-voies disposée conjointement sur la boucle primaire, sur la première branche de dérivation et sur la deuxième branche de dérivation.
[42] Un composant unique permet ainsi de régler le débit respectif dans trois parties différentes du circuit de fluide caloporteur diélectrique, à savoir la boucle primaire, la première branche de dérivation et la deuxième branche de dérivation.
[43] La vanne quatre-voies peut être une vanne proportionnelle.
[44] Selon un exemple de mise en oeuvre du système de conditionnement thermique, le circuit de liquide caloporteur comporte une première vanne trois-voies disposée conjointement sur la boucle primaire et sur la première branche de liaison.
[45] La première vanne trois-voies est par exemple une vanne proportionnelle. [46] Selon un exemple de réalisation, le circuit de liquide caloporteur comporte une deuxième vanne trois-voies disposée conjointement sur la boucle secondaire et sur la première branche de liaison.
[47] La deuxième vanne trois-voies est une vanne proportionnelle.
[48] Selon une réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide liquide caloporteur comporte une troisième vanne trois-voies disposée conjointement sur la boucle secondaire et sur la deuxième branche de liaison.
[49] L’ usage de vannes trois-voies permet de multiples possibilités de circulation de liquide caloporteur, permettant de nombreux modes de fonctionnement différents, avec un nombre réduit de composants.
[50] La troisième vanne trois-voies est par exemple une vanne proportionnelle.
[51] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle principale du circuit de fluide réfrigérant comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du deuxième échangeur bifluide et en amont du dispositif de compression.
[52] Selon un mode de réalisation, le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant est disposé en amont de la deuxième section d’échange thermique de l’échangeur interne.
[53] L’ invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit précédemment, dans un premier mode de refroidissement, dans lequel :
- le dispositif de compression de fluide réfrigérant est maintenu à l’arrêt,
- un débit de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide caloporteur, et se divise en :
- un premier débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, le premier débit de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de regagner le troisième échangeur bifluide,
- un débit de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, et rejoint le troisième échangeur bifluide.
[54] Dans ce mode de fonctionnement, le premier élément de la chaîne de traction, le deuxième élément et le troisième élément de la chaîne de traction électrique sont tous les trois refroidis par le fluide caloporteur diélectrique, en transférant la chaleur absorbée au liquide caloporteur au niveau du troisième échangeur bifluide. La chaleur rejetée dans le liquide caloporteur est ensuite dissipée dans le flux d’air extérieur au niveau du huitième échangeur de chaleur. Les éléments de la chaîne de traction sont ainsi refroidis sans activer le dispositif de compression de fluide réfrigérant, ce qui limite la consommation énergétique. Ce mode de fonctionnement est avantageux par exemple lorsque la température extérieure est suffisamment basse et le débit d’air extérieur suffisant pour permettre un échange thermique suffisant au niveau du huitième échangeur.
[55] L’ invention concerne également un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit auparavant, dans un deuxième mode de refroidissement, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression,
- un débit de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise en :
-- un premier débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, et dans le sixième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, le premier débit de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de regagner le deuxième échangeur bifluide,
- un débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et dans le huitième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur, et rejoint le premier échangeur bifluide.
[56] Dans ce mode de fonctionnement, le premier élément de la chaîne de traction, le deuxième élément et le troisième élément de la chaîne de traction électrique sont tous refroidis par le fluide caloporteur diélectrique. La chaleur rejetée dans le fluide caloporteur diélectrique par les fonctionnements des éléments de la chaîne de traction est transférée au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur bifluide, et est dissipée dans le flux d’air extérieur au niveau du huitième échangeur de chaleur.
[57] L’ utilisation d’un fluide caloporteur diélectrique permet de réduire la résistance thermique entre celui-ci et le premier élément de la chaîne de traction d’une part, le deuxième élément et le troisième élément de la chaîne de traction électrique d’autre part, au niveau, respectivement, des quatrième échangeur de chaleur, cinquième échangeur de chaleur et sixième échangeur de chaleur. Les propriétés du fluide non conducteur électrique permettent de l’introduire directement au contact des premier, deuxième et troisième éléments de la chaîne de traction, ce qui conduit à une gestion thermique plus homogène et donc plus efficace.
[58] L’ invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit auparavant, dans un mode dit de chauffage récupératif, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression,
- un débit de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et de divise en :
-- un premier débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur où il reçoit de la chaleur, -- un deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le troisième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur,
-- un troisième débit de fluide caloporteur diélectrique circule dans le cinquième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur, le troisième débit de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de rejoindre le premier débit de fluide caloporteur diélectrique et de regagner le deuxième échangeur bifluide,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le septième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et regagne le premier échangeur bifluide,
- un deuxième débit de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur, et rejoint le troisième échangeur bifluide.
[59] Dans ce mode de fonctionnement, l’habitacle est chauffé en récupérant la chaleur dissipée par le premier élément, le deuxième élément et le troisième élément de la chaîne de traction. Une récupération de la chaleur du flux d’air extérieur est également réalisée. Ce mode de fonctionnement permet ainsi de chauffer l’habitacle en maximisant la récupération d’énergie des différentes sources d’énergie disponibles et en minimisant l’énergie à fournir au compresseur.
[60] L’ invention se rapporte aussi à un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique tel que décrit auparavant, dans un mode dit de chauffage et déshumidification, dans lequel :
- un débit de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente où il passe à basse pression, dans le neuvième échangeur de chaleur où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur, et retourne au dispositif de compression,
- un premier débit de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et se divise en : -- un deuxième débit de liquide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur, et
-- un troisième débit de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur bifluide où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, le deuxième débit de liquide caloporteur et le troisième débit de liquide caloporteur se rejoignant avant de regagner le premier échangeur bifluide,
- un débit de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, dans le quatrième échangeur de chaleur où il cède de la chaleur, et rejoint le troisième échangeur bifluide.
[61] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression et haute température se condense dans le premier échangeur bifluide, et chauffe le liquide caloporteur. Le fluide réfrigérant à basse pression après détente dans le deuxième détendeur s’évapore dans le neuvième échangeur de chaleur et refroidit le flux d’air intérieur. Le débit de liquide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur chauffe le flux d’air intérieur préalablement refroidi lors de son passage à travers le neuvième échangeur de chaleur. Le flux d’air intérieur est ainsi déshumidifié. Le dispositif de chauffage électrique peut de plus être activé de façon à chauffer davantage le liquide caloporteur. Le débit de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur bifluide chauffe également le fluide caloporteur diélectrique. Le fluide caloporteur diélectrique réchauffé circule dans le quatrième échangeur et réchauffe le premier élément de la chaîne de traction électrique. Le fluide caloporteur diélectrique ne circule pas dans la deuxième branche de dérivation, le deuxième élément et le troisième élément de la chaîne de traction ne sont pas réchauffés.
Brève description des dessins
[62] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[63] [Fig. 1 ] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un mode de réalisation de l’invention,
[64] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du mode de réalisation de la figure 1 , [65] [Fig. 3] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit premier mode de refroidissement,
[66] [Fig. 4] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit deuxième mode de refroidissement,
[67] [Fig. 5] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit mode de chauffage récupératif,
[68] [Fig. 6] représente une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 2 fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit mode de chauffage et déshumidification.
Description des modes de réalisation
[69] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre. On peut ainsi interchanger les dénominations ‘premier’, ’deuxième’, ‘troisième’, etc.... De même, les termes primaire/secondaire servent à indexer et n’impliquent pas de priorité d’un élément par rapport à l’autre.
[70] Dans la description qui suit, le terme "un premier élément en amont d'un deuxième élément" signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme "un premier élément en aval d'un deuxième élément" signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement un ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[71] L’expression « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[72] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
[73] Chacun des dispositifs de détente employés, encore appelés détendeurs, peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, un contrôleur électronique pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[74] Le système de conditionnement thermique 100 qui va être décrit peut équiper un véhicule automobile. Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. Un dispositif de compression 15 permet de faire circuler un fluide réfrigérant dans un circuit fermé de circulation de fluide réfrigérant. Le dispositif de compression 15 peut être un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 15 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 15a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 15b du dispositif de compression 15. Les pièces mobiles internes du compresseur 15 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 15a à une haute pression côté sortie 15b. Après détente dans un ou plusieurs organes de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 15a du compresseur 15 et recommence un nouveau cycle thermodynamique. Le compresseur 15 est ici un compresseur possédant exactement une entrée et une sortie de fluide réfrigérant.
[75] Chaque point de raccordement permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur le degré d’ouverture des dispositifs de détente disposés sur chacune des branches raccordées à ce point. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
[76] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 1 1 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants pourraient être employés, comme par exemple le R134a, ou encore le R290.
[77] Chaque point de connexion du circuit de liquide caloporteur 13 permet au liquide caloporteur de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit de liquide caloporteur 13 se rejoignant en ce point de connexion. Chaque point de raccordement du circuit de liquide caloporteur 13 est un moyen de redirection du liquide caloporteur arrivant à ce point de connexion. De la même manière, chaque point de connexion du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 permet au fluide caloporteur diélectrique de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 se rejoignant en ce point de connexion. Chaque point de raccordement du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 est un moyen de redirection du fluide caloporteur diélectrique arrivant à ce point de connexion.
[78] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter au besoin le débit du flux d’air intérieur Fi. Le groupe moto-ventilateur est par exemple disposé en amont du neuvième échangeur de chaleur 9.
[79] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, le flux d’air extérieur Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un autre groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe.
[80] On a représenté sur la figure 1 un mode de réalisation d’un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile électrique ou hybride, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur 13,
- un circuit de fluide réfrigérant 1 1 comportant une boucle principale 11 A comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression 15,
-- un premier échangeur bifluide 1 , agencé conjointement sur la boucle principale 1 1 A de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur 13 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, -- un premier détendeur 31 ,
-- un deuxième échangeur bifluide 2,
- un circuit de fluide caloporteur diélectrique 12, comportant :
-- une boucle primaire 12A, comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide caloporteur diélectrique :
- le deuxième échangeur bifluide 2, agencé conjointement sur la boucle principale 1 1A de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire 12A de fluide caloporteur diélectrique de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur diélectrique,
- un troisième échangeur bifluide 3, agencé conjointement sur la boucle primaire 12A de fluide caloporteur diélectrique et sur le circuit de liquide caloporteur 13 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur,
-- une première branche de dérivation 12B reliée à la boucle primaire 12A en parallèle du troisième échangeur bifluide 3, la première branche de dérivation 12B comportant un quatrième échangeur de chaleur 4 configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément 41 d’une chaîne de traction électrique du véhicule,
-- une deuxième branche de dérivation 12C reliée à la boucle primaire 12A en parallèle du troisième échangeur bifluide 3, la deuxième branche de dérivation 12C comportant un cinquième échangeur de chaleur 5 configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément 42 de la chaîne de traction électrique du véhicule et un sixième échangeur de chaleur 6 configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément 43 de la chaîne de traction électrique du véhicule.
[81] Cette architecture permet de refroidir les principaux éléments de la chaîne de traction du véhicule par un fluide caloporteur diélectrique. Le nombre d’interfaces entre le fluide réfrigérant, qui est à l’origine du refroidissement, et les éléments à refroidir est minimisé. L’efficacité du transfert thermique est ainsi améliorée. De plus, le refroidissement par le fluide caloporteur diélectrique permet d’obtenir une température plus homogène dans les éléments à refroidir, ce qui diminue les contraintes associées et améliore la fiabilité de ces éléments.
[82] Le premier élément 41 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être une batterie de stockage d’énergie électrique. La batterie peut fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique de traction du véhicule. Le quatrième échangeur de chaleur 4 peut être formé par la batterie de stockage d’énergie électrique elle- même. Autrement dit, les cellules de la batterie 41 sont en contact direct avec le fluide caloporteur diélectrique et peuvent réaliser un échange de chaleur avec le fluide caloporteur diélectrique.
[83] Le deuxième élément 42 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être une unité électronique de commande d’un moteur électrique de traction. Le cinquième échangeur de chaleur 5 peut être formé par l’unité électronique de commande du moteur électrique, c’est-à-dire que les éléments électroniques dissipant de la chaleur sont directement au contact avec le fluide caloporteur diélectrique, ce qui permet un transfert thermique direct entre les éléments électroniques et le fluide caloporteur diélectrique. Le fluide caloporteur diélectrique circule à l’intérieur du carter de l’unité électronique de commande du moteur électrique. [84] Le troisième élément 43 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut être un moteur électrique de traction du véhicule. Le sixième échangeur de chaleur 6 peut être formé par le moteur électrique, c’est-à-dire que les composants du moteur dissipant de la chaleur sont directement en contact avec le fluide caloporteur diélectrique et peuvent donc échanger thermiquement avec celui-ci.
[85] Le fluide caloporteur diélectrique est électriquement isolant. Le fluide caloporteur diélectrique peut ainsi être en contact direct avec les éléments d’une batterie de stockage d’énergie électrique, ou avec des composants électroniques ou électriques d’un organe électrique. Le fluide caloporteur diélectrique peut être diphasique, c’est-à-dire comprendre un mélange de liquide et de vapeur.
[86] Le liquide caloporteur est par exemple un mélange d’eau et de glycol.
[87] Le premier échangeur bifluide 1 est agencé conjointement sur la boucle principale 1 1 A de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13. Le troisième échangeur bifluide 3 est agencé conjointement sur la boucle primaire 12A de fluide caloporteur diélectrique et sur une boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13.
[88] Le premier échangeur bifluide 1 permet de condenser au moins en partie le fluide réfrigérant à haute température et haute pression en sortie du dispositif de compression 15. Le deuxième échangeur bifluide 2 peut permettre d’évaporer au moins en partie le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du premier dispositif de détente 31 .
[89] Le circuit de fluide réfrigérant 1 1 forme un circuit fermé configuré pour faire circuler un débit de fluide réfrigérant. Le circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 forme un circuit fermé configuré pour faire circuler un débit de fluide caloporteur diélectrique. Le circuit de liquide caloporteur 13 forme un circuit fermé configuré pour faire circuler un débit de liquide caloporteur. Dans son état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut provoquant une fuite, chacun des circuits 1 1 , 12, 13 est étanche. Le circuit de fluide réfrigérant 1 1 , le circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 et le circuit de liquide caloporteur 13 sont disjoints. Autrement dit, le fluide réfrigérant, le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur ne peuvent pas se mélanger lorsque le système de conditionnement thermique est dans un état nominal de fonctionnement.
[90] Chaque échangeur bifluide 1 , 2, 3 permet de réaliser un échange thermique entre deux fluides distincts circulant chacun dans un circuit fermé. Les deux circuits fermés peuvent réaliser un échange thermique, ou échange de chaleur, au niveau de l’échangeur bifluide.
[91] Le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur peuvent ainsi réaliser un échange thermique, encore appelé échange de chaleur, au niveau du premier échangeur bifluide 1. Le premier échangeur bifluide 1 comprend une première section d’échange thermique 1 a parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième section d’échange thermique 1 b parcourue par le liquide caloporteur. Un échange thermique est réalisé entre la première section d’échange thermique 1 a et la deuxième section d’échange thermique 1 b du premier échangeur bifluide 1 .
[92] D’une manière similaire, le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur diélectrique peuvent réaliser un échange thermique au niveau du deuxième échangeur bifluide
2. Le deuxième échangeur bifluide 2 comprend une première section d’échange thermique 2a parcourue par le fluide réfrigérant et une deuxième section d’échange thermique 2b parcourue par le fluide caloporteur diélectrique. Un échange thermique est réalisé entre la première section d’échange thermique 2a et la deuxième section d’échange thermique 2b du deuxième échangeur bifluide 2.
[93] D’une façon analogue, le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur peuvent réaliser un échange thermique au niveau du troisième échangeur bifluide
3. Le troisième échangeur bifluide 3 comprend une première section d’échange thermique 3a parcourue par le fluide caloporteur diélectrique et une deuxième section d’échange thermique 3b parcourue par le liquide caloporteur. Un échange thermique est réalisé entre la première section d’échange thermique 3a et la deuxième section d’échange thermique 3b du troisième échangeur bifluide 3.
[94] Le premier échangeur bifluide 1 est distinct du deuxième échangeur bifluide 2. Le deuxième échangeur bifluide 2 est distinct du troisième échangeur bifluide 3. Le troisième échangeur bifluide 3 est distinct du premier échangeur bifluide 1. Autrement dit, le premier échangeur bifluide 1 et le deuxième échangeur bifluide 2 n’ont pas de portion en commun. Le deuxième échangeur bifluide 2 et le troisième échangeur bifluide 3 n’ont pas non plus de portion en commun. De même, le premier échangeur bifluide 1 et le troisième échangeur bifluide 3 n’ont pas de portion en commun.
[95] La boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 comprend :
- le premier échangeur bifluide 1 , agencé conjointement sur la boucle principale 11 A de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire 13A de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et
- un septième échangeur de chaleur 7 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[96] La boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13 comprend :
- le troisième échangeur bifluide 3, agencé conjointement sur la boucle primaire 12A de fluide caloporteur diélectrique et sur la boucle secondaire 13B de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur, et
- un huitième échangeur de chaleur 8 configuré pour échangeur de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle du véhicule.
[97] La boucle secondaire 13B de liquide caloporteur permet de dissiper dans l’air extérieur Fe la chaleur cédée au liquide caloporteur. Le huitième échangeur de chaleur 8 est par exemple disposé à l’avant du véhicule, au niveau de la calandre, afin de bénéficier du flux d’air généré par l’avancement du véhicule.
[98] La boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 est reliée à la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur par une première branche de liaison 13C. La boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 est également reliée à la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur par une deuxième branche de liaison 13D.
[99] La première branche de liaison 13C relie un premier point de raccordement 71 disposé sur la boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 entre le premier échangeur bifluide 1 et le septième échangeur de chaleur 7 à un deuxième point de raccordement 72 disposé sur la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13 entre le huitième échangeur de chaleur 8 et le troisième échangeur bifluide 3. La deuxième branche de liaison 13D relie un troisième point de raccordement 73 disposé sur la boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 entre le septième échangeur de chaleur 7 et le premier échangeur bifluide 1 à un quatrième point de raccordement 74 disposé sur la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13 entre le troisième échangeur bifluide 3 et le huitième échangeur de chaleur 8.
[100] Le circuit de fluide réfrigérant 1 1 comporte une branche de dérivation 11 B disposée en parallèle du premier dispositif de détente 31 et du deuxième échangeur bifluide 2, la branche de dérivation 1 1 B comprenant successivement un deuxième dispositif de détente 32 et un neuvième échangeur de chaleur 9 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule.
[101] Cette branche de dérivation 1 1 B, le deuxième dispositif de détente 32 et l’échangeur de chaleur associé permettent de refroidir l’habitacle du véhicule.
[102] Le neuvième échangeur de chaleur 9 et le septième échangeur de chaleur 7 sont disposés dans l’installation de chauffage, ventilation et climatisation. Le neuvième échangeur de chaleur 9 est disposé en amont du septième échangeur de chaleur 7 selon un sens d’écoulement du flux d’air intérieur Fi.
[103] La branche de dérivation 1 1 B du circuit de fluide réfrigérant 1 1 relie un premier point de raccordement 51 disposé sur la boucle principale 1 1 A en aval du premier échangeur bifluide 1 et en amont du deuxième échangeur bifluide 2 à un deuxième point de raccordement 52 disposé sur la boucle principale 1 1 A en aval du deuxième échangeur bifluide 2 et en amont du dispositif de compression 15, la branche de dérivation 1 1 B comportant un deuxième dispositif de détente 32 disposé en amont d’un neuvième échangeur de chaleur 9. Autrement dit, le sous-ensemble formé par le deuxième dispositif de détente 32 et le neuvième échangeur de chaleur 9 est en parallèle du sous-ensemble formé par le premier dispositif de détente 31 et le deuxième échangeur bifluide 2.
[104] La première branche de dérivation 12B du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 relie un premier point de connexion 61 disposé sur la boucle primaire 12A entre une première entrée/sortie du deuxième échangeur bifluide 2 et une première entrée/sortie du troisième échangeur bifluide 3 à un deuxième point de connexion 62 disposé sur la boucle primaire 12A entre une deuxième entrée/sortie du troisième échangeur bifluide 3 et une deuxième entrée/sortie du deuxième échangeur bifluide 2.
[105] La deuxième branche de dérivation 12C du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 relie un troisième point de connexion 63 disposé sur la boucle primaire 12A entre le premier point de connexion 61 et la première entrée/sortie du troisième échangeur bifluide 3 à un quatrième point de connexion 64 disposé sur la boucle primaire 12A entre le deuxième point de connexion 62 et la deuxième entrée/sortie du troisième échangeur bifluide 3.
[106] Plus précisément, le troisième point de connexion 63 est disposé sur la boucle primaire 12A entre le premier point de connexion 61 et la première entrée/sortie de fluide diélectrique du troisième échangeur bifluide 3. Le quatrième point de connexion 64 est disposé sur la boucle primaire 12A entre le deuxième point de connexion 62 et la deuxième entrée/sortie de fluide diélectrique du troisième échangeur bifluide 3.
[107] Le premier point de connexion 61 et le troisième point de connexion 63 peuvent être confondus, comme c’est le cas sur l’exemple illustré.
[108] La boucle primaire 12A du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 comprend une vanne d’arrêt 20. La vanne d’arrêt 20 est commandée électriquement. Sur l’exemple illustré, le deuxième point de connexion 62 et le quatrième point de connexion 64 sont distincts. La vanne d’arrêt 20 est disposée entre le deuxième point de connexion 62 et le quatrième point de connexion 64.
[109] Selon un exemple non illustré, le deuxième point de connexion 62 et le quatrième point de connexion 64 peuvent être confondus. Dans ce cas, la vanne d’arrêt 20 est disposée entre le quatrième point de connexion 64 et le sixième échangeur de chaleur 6.
[110] La boucle primaire 12A du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 comprend une première pompe 21 de circulation. La première pompe 21 de circulation est configurée pour faire circuler le fluide caloporteur diélectrique du deuxième échangeur bifluide 2 vers le troisième échangeur bifluide 3. La première pompe 21 de circulation est disposée entre le deuxième point de connexion 62 du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 et le deuxième échangeur bifluide 2.
[111] La première branche de dérivation 12B du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 comprend une deuxième pompe 22 de circulation. La deuxième branche de dérivation 12C du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 comprend une troisième pompe 23 de circulation.
[112] La boucle primaire 13A du circuit de liquide caloporteur 13 comprend une quatrième pompe 24 de circulation. La quatrième pompe 24 de circulation est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du premier échangeur bifluide 1 vers le septième échangeur de chaleur 7. La quatrième pompe 24 de circulation est disposée entre le troisième point de connexion 73 du circuit de liquide caloporteur 13 et le premier échangeur bifluide 1 .
[113] La boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13 comprend une cinquième pompe 25 de circulation. La cinquième pompe 25 de circulation est configurée pour faire circuler le liquide caloporteur du troisième échangeur bifluide 3 vers le huitième échangeur de chaleur 8. La cinquième pompe 25 de circulation est disposée entre le troisième échangeur bifluide 3 et le quatrième point de connexion 74 du circuit de liquide caloporteur 13.
[114] La figure 2 illustre une variante du système de conditionnement thermique 100. Selon cette variante, la boucle principale 1 1 A de fluide réfrigérant comprend un échangeur de chaleur interne 10 comportant une première section d’échange thermique 10a disposée en aval du premier échangeur bifluide 1 et en amont du deuxième échangeur bifluide 2 et une deuxième section d’échange thermique 10b disposée en aval du deuxième échangeur bifluide 2 et en amont du dispositif de compression 15, l’échangeur de chaleur interne 10 étant configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 10a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 10b.
[115] Selon cette variante de réalisation du système de conditionnement thermique 100, la boucle primaire 13A de liquide caloporteur comprend un dispositif de chauffage électrique 16 configuré pour sélectivement chauffer le liquide caloporteur. Le dispositif de chauffage électrique 16 peut être activé sélectivement de façon à accélérer la montée en température du liquide caloporteur. La présence du dispositif de chauffage électrique 16 est indépendante de la présence de l’échangeur interne 10, c’est-à-dire que selon des variantes non illustrées, le dispositif de chauffage électrique 16 peut être présent alors que l’échangeur interne 10 n’est pas présent, et le dispositif de chauffage électrique 16 peut ne pas être présent alors que l’échangeur interne 10 est lui présent.
[116] Selon la variante de la figure 2, le circuit de fluide caloporteur diélectrique 12 comporte une vanne quatre-voies 30 disposée conjointement sur la boucle primaire 12A, sur la première branche de dérivation 12B et sur la deuxième branche de dérivation 12C. Un composant unique permet ainsi de régler le débit respectif dans trois parties différentes du circuit de fluide caloporteur diélectrique 12, à savoir la boucle primaire 12A, la première branche de dérivation 12B et la deuxième branche de dérivation 12C.
[117] Une première entrée/sortie 30a et une deuxième entrée/sortie 30b de la vanne quatre-voies 30 sont disposées sur la boucle primaire 12A. Une troisième entrée/sortie 30c de la vanne quatre-voies 30 est disposée sur la première branche de dérivation 12B. La quatrième entrée/sortie 30d de la vanne quatre-voies 30 est disposée sur la deuxième branche de dérivation 12C.
[118] La vanne quatre-voies 30 est ici une vanne proportionnelle. Autrement dit, le débit sortant des différentes entrées/sorties 30a, 30b, 30c, 30d peut varier de manière continue. La vanne quatre voie 30 pourrait, selon un autre mode de réalisation, être une vanne non proportionnelle. Dans ce cas, le débit sortant des différentes entrées/sorties 30a, 30b, 30c, 30d sera fonction des pertes de pressions des différents circuits 12, 12A, 12B, 12C et des vitesses de rotation des différentes pompes 21 , 22, 23.
[119] Le circuit de liquide caloporteur 13 comporte ici une première vanne trois- voies 26 disposée conjointement sur la boucle primaire 13A et sur la première branche de liaison 13C. La première vanne trois-voies 26 est par exemple une vanne proportionnelle. Autrement dit, la première vanne trois-voies 26 est configurée pour permettre une répartition continue du débit entrant par une première entrée/sortie entre un débit de sortie d’une deuxième entrée/sortie et un débit de sortie d’une troisième entrée/sortie. Le débit de sortie de la deuxième entrée/sortie peut varier de manière continue entre un débit nul et un débit égal au débit d’entrée. Le débit de sortie de la troisième entrée/sortie est égal au débit d’entrée moins le débit sortant de la deuxième entrée/sortie. Le premier point de connexion 71 du circuit de liquide caloporteur 13 fait partie de la première vanne trois-voies 26. Selon une variante non représentée, la première vanne trois-voies 26 est disposée conjointement sur la boucle primaire 13A et sur la deuxième branche de liaison 13D. Dans ce cas, le troisième point de connexion 73 du circuit de liquide caloporteur 13 fait partie de la première vanne trois-voies 26.
[120] Le circuit de liquide caloporteur 13 comporte une deuxième vanne trois-voies 27 disposée conjointement sur la boucle secondaire 13B et sur la première branche de liaison 13C. La deuxième vanne trois-voies 27 est une vanne proportionnelle. Le deuxième point de connexion 72 du circuit de liquide caloporteur 13 fait partie de la deuxième vanne trois-voies 27.
[121] Le circuit de fluide liquide caloporteur 13 comporte une troisième vanne trois- voies 28 disposée conjointement sur la boucle secondaire 13B et sur la deuxième branche de liaison 13D. L’usage de vannes trois-voies permet de multiples possibilités de circulation de liquide caloporteur, permettant de nombreux modes de fonctionnement différents, avec un nombre réduit de composants. La troisième vanne trois-voies 28 est par exemple une vanne proportionnelle. Le quatrième point de connexion 74 du circuit de liquide caloporteur 13 fait partie de la troisième vanne trois-voies 28.
[122] Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1 ainsi que sur la variante illustrée sur la figure 2, la boucle principale 1 1 A du circuit de fluide réfrigérant 1 1 comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 17 disposé en aval du deuxième échangeur bifluide 2 et en amont du dispositif de compression 15.
[123] Selon la variante de la figure 2, le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 17 est disposé en amont de la deuxième section d’échange thermique 10b de l’échangeur interne 10. Le dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 17 est disposé en aval du deuxième point de raccordement 52 et en amont de la deuxième section d’échange thermique 10b de l’échangeur interne 10. [124] Les figures 3 à 6 illustrent différents procédés de fonctionnement d’un système de conditionnement tel que décrit précédemment. Sur ces figures, les portions de chacun des circuits 1 1 , 12, 13 parcourus par le fluide correspondant à ce circuit sont représentées en traits continus épais, et les portions de circuit qui ne sont pas parcourues par un fluide sont représentées en traits fins pointillés.
[125] La figure 3 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, fonctionnant dans un premier mode de refroidissement.
Selon ce premier mode de refroidissement :
- le dispositif de compression 15 de fluide réfrigérant est maintenu à l’arrêt,
- un débit Qd de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide 3 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur, et se divise en :
-- un premier débit Qd1 de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur 4 où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit Qd2 de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième échangeur de chaleur 5 où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur 6 où il reçoit de la chaleur, le premier débit Qd1 de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit Qd2 de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de regagner le troisième échangeur bifluide 3,
- un débit Qc de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide 3 où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur 8 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, et rejoint le troisième échangeur bifluide 3.
Les différents débits de fluide caloporteur diélectrique Qd, Qd1 , Qd2 ainsi que le débit de liquide caloporteur Qc sont schématisés par des flèches indiquant le sens de circulation. Le fluide réfrigérant ne circule pas.
[126] Dans ce mode de fonctionnement, le premier élément 41 de la chaîne de traction, le deuxième élément 42 et le troisième élément 43 de la chaîne de traction électrique sont tous les trois refroidis par le fluide caloporteur diélectrique, en transférant la chaleur absorbée au liquide caloporteur au niveau du troisième échangeur bifluide 3. La chaleur rejetée dans le liquide caloporteur est ensuite dissipée dans le flux d’air extérieur Fe au niveau du huitième échangeur de chaleur 8. Les éléments de la chaîne de traction sont ainsi refroidis sans activer le dispositif de compression de fluide réfrigérant, ce qui limite la consommation énergétique. Ce mode de fonctionnement est avantageux par exemple lorsque la température extérieure est suffisamment basse et le débit d’air extérieur suffisant pour permettre un échange thermique suffisant au niveau du huitième échangeur 8.
[127] Dans ce premier mode de refroidissement, la vanne d’arrêt 20 est en position ouverte de façon à ce que le fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur 4 puisse rejoindre le fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième 5 et le sixième 6 échangeur de chaleur. La deuxième pompe 22 et la troisième pompe 23 sont toutes les deux activées. La première pompe 21 est maintenue inactive, de sorte que le débit de fluide caloporteur diélectrique dans le troisième échangeur bifluide 3 est nul. Le débit de liquide caloporteur dans le troisième échangeur bifluide 3 est égal au débit de liquide caloporteur dans le huitième échangeur de chaleur 8. Sur le circuit de liquide caloporteur 13, la quatrième pompe 24 est inactive, et la cinquième pompe 25 est activée de façon à faire circuler le liquide caloporteur du troisième échangeur bifluide 3 vers le huitième échangeur de chaleur 8. Le liquide caloporteur circule uniquement dans la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13, en passant successivement par la cinquième pompe 25, le huitième échangeur de chaleur 8, le troisième échangeur bifluide 3.
[128] La figure 4 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, fonctionnant dans un deuxième mode de refroidissement.
Selon ce deuxième mode de refroidissement :
- un débit Qr’ de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide 2 où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression 15.
- un débit Qd’ de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide 2 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise en :
-- un premier débit Qd1 ’ de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur 4 où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit Qd2’ de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième échangeur de chaleur 5 où il reçoit de la chaleur, et dans le sixième échangeur de chaleur 6 où il reçoit de la chaleur, le premier débit Qd1 ’ de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit Qd2’ de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de regagner le deuxième échangeur bifluide 2.
- un débit Qc’ de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et dans le huitième échangeur de chaleur 8 où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur Fe, et rejoint le premier échangeur bifluide 1 .
[129] Dans ce mode de fonctionnement, le premier élément 41 de la chaîne de traction, le deuxième élément 42 et le troisième élément 43 de la chaîne de traction électrique sont tous refroidis par le fluide caloporteur diélectrique. La chaleur rejetée dans le fluide caloporteur diélectrique par les fonctionnements des éléments de la chaîne de traction est transférée au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur bifluide 2, et est dissipée dans le flux d’air extérieur Fe au niveau du huitième échangeur de chaleur 8.
[130] L’ utilisation d’un fluide caloporteur diélectrique permet de réduire la résistance thermique entre celui-ci et le premier élément 41 de la chaîne de traction d’une part, le deuxième élément 42 et le troisième élément 43 de la chaîne de traction électrique d’autre part, au niveau, respectivement, des quatrième échangeur de chaleur 4, cinquième échangeur de chaleur 5 et sixième échangeur de chaleur 6. Les propriétés du fluide non conducteur électrique permettent de l’introduire directement au contact des premier, deuxième et troisième éléments 41 , 42, 43 de la chaîne de traction, ce qui conduit à une gestion thermique plus homogène et donc plus efficace.
[131] Dans ce deuxième mode de refroidissement, la vanne d’arrêt 20 est en position ouverte de façon que le débit Qd2’ de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième 5 et le sixième 6 échangeur de chaleur puisse rejoindre le débit Qd1 ’ de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur 4. La première pompe 21 , la deuxième pompe 22 et la troisième pompe 23 sont toutes les trois activées. La cinquième pompe 25 est inactive, et aucun débit de liquide caloporteur ne traverse le troisième échangeur bifluide 3. La quatrième pompe 24 est activée, de façon à faire circuler un débit Qc’ de liquide caloporteur dans le huitième échangeur de chaleur 8. Le liquide caloporteur circule successivement dans la quatrième pompe 24, dans le premier échangeur bifluide 1 , dans la première branche de liaison 13C, dans la portion de boucle secondaire 13B comprenant le huitième échangeur de chaleur 8, dans la deuxième branche de liaison 13D, et regagne la quatrième pompe 24. Aucun débit de fluide caloporteur diélectrique ne circule dans le troisième échangeur bifluide 3.
[132] La figure 5 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, fonctionnant dans un mode dit de chauffage récupératif.
Selon ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr” de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente 31 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide 2 où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression 15.
- un débit Qd” de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide 2 où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et de divise en :
-- un premier débit Qd1 ” de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur 4 où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit Qd2” de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le troisième échangeur bifluide 3 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur,
-- un troisième débit Qd3” de fluide caloporteur diélectrique circule dans le cinquième échangeur de chaleur 5 où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur 6 où il reçoit de la chaleur, le troisième débit Qd3” de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit Qd2” de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de rejoindre le premier débit Qd1 ” de fluide caloporteur diélectrique et de regagner le deuxième échangeur bifluide 2.
- un premier débit Qc1 ” de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le septième échangeur de chaleur 7 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et regagne le premier échangeur bifluide 1 ,
- un deuxième débit Qc2” de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide 3 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur 8 où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur Fe, et rejoint le troisième échangeur bifluide 3.
[133] Dans ce mode de fonctionnement, l’habitacle est chauffé en récupérant la chaleur dissipée par le premier élément 41 , le deuxième élément 42 et le troisième élément 43 de la chaîne de traction. Une récupération de la chaleur du flux d’air extérieur Fe est également réalisée. Ce mode de fonctionnement permet ainsi de chauffer l’habitacle en maximisant la récupération d’énergie et en minimisant l’énergie fournie par le compresseur 15.
[134] Le fluide réfrigérant fournit de la chaleur au liquide caloporteur circulant dans la boucle primaire 13A au niveau du premier échangeur bifluide 1. Le liquide caloporteur chauffé peut ainsi dissiper de la chaleur dans le flux d’air intérieur Fi au niveau du septième échangeur de chaleur 7. Le fluide caloporteur diélectrique reçoit de la chaleur des trois éléments 41 , 42, 43 de la chaîne de traction et fournit de la chaleur au fluide réfrigérant au niveau du deuxième échangeur bifluide 2. Le flux d’air extérieur Fe fournit de la chaleur au liquide caloporteur circulant dans la boucle secondaire 13B au niveau du huitième échangeur de chaleur 8, et le liquide caloporteur fournit de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique au niveau du troisième échangeur bifluide 3. Sur le circuit de fluide caloporteur diélectrique, la première entrée/sortie 30a de la vanne quatre-voies 30 est en communication avec la deuxième entrée/sortie 30b, ainsi qu’avec la troisième entrée/sortie 30c et la quatrième entrée/sortie 30d. Les trois pompes 21 , 22, 23 sont activées, et la vanne d’arrêt 20 est ouverte de façon à ce que les trois flux sortant de la vanne quatre- voies 30 puissent se rejoindre et regagner la première pompe 21 puis le deuxième échangeur bifluide 2. Sur le circuit de liquide caloporteur, les vannes trois-voies 26, 27, 28 sont dans une position permettant d’isoler la boucle primaire 13A et la boucle secondaire 13B. Aucun débit ne traverse la première branche de liaison 13C ni la deuxième branche de liaison 13D. La quatrième pompe 24 et la cinquième pompe 25 sont toutes les deux activées de façon à faire circuler le liquide caloporteur.
[135] La figure 6 illustre un procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique 100 tel que décrit précédemment, fonctionnant dans un mode dit de chauffage et déshumidification.
Selon ce mode de fonctionnement :
- un débit Qr’” de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression 15 où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide 1 où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente 32 où il passe à basse pression, dans le neuvième échangeur de chaleur 9 où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur Fi, et retourne au dispositif de compression 15.
- un premier débit Qc1 ’” de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide 1 où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et se divise en :
-- un deuxième débit de liquide caloporteur Qc2’” circulant dans le septième échangeur de chaleur 7 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, et
-- un troisième débit de liquide caloporteur Qc3’” circulant dans le troisième échangeur bifluide 3 où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, le deuxième débit de liquide caloporteur Qc2’” et le troisième débit de liquide caloporteur Qc3’” se rejoignant avant de regagner le premier échangeur bifluide 1 ,
- un débit Qd’” de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide 3 où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, dans le quatrième échangeur de chaleur 4 où il cède de la chaleur, et rejoint le troisième échangeur bifluide 3.
[136] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant à haute pression et haute température se condense dans le premier échangeur bifluide 1 , et chauffe le liquide caloporteur. Le fluide réfrigérant à basse pression après détente dans le deuxième détendeur 32 s’évapore dans le neuvième échangeur de chaleur 9 et refroidit le flux d’air intérieur Fi. Le débit Qc2’” de liquide caloporteur circulant dans le septième échangeur de chaleur 7 chauffe le flux d’air intérieur Fi préalablement refroidi par son passage à travers le neuvième échangeur de chaleur 9. Le flux d’air intérieur Fi est ainsi déshumidifié, c’est-à-dire que sa pression partielle de vapeur d’eau diminue. Le dispositif de chauffage électrique 16 peut de plus être activé de façon à chauffer davantage le liquide caloporteur. Le débit Qc3’” de liquide caloporteur circulant dans le troisième échangeur bifluide 3 chauffe également le fluide caloporteur diélectrique. Le débit Qd’” de fluide caloporteur diélectrique réchauffé circule dans le quatrième échangeur 4 et réchauffe le premier élément 41 de la chaîne de traction électrique du véhicule. Le fluide caloporteur diélectrique ne circule pas dans la deuxième branche de dérivation 12C, ce qui fait que le deuxième élément 42 et le troisième élément 43 de la chaîne de traction ne sont pas réchauffés.
[137] Dans ce mode de fonctionnement, la quatrième pompe 24 et la cinquième pompe 25 sont activées de façon à faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit de liquide caloporteur 13. La deuxième pompe 22 est activée et la vanne d’arrêt 20 est en position ouverte de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur diélectrique dans la première branche de dérivation 12B et dans la portion de boucle primaire 12A comprise entre le premier point de connexion 61 et le deuxième point de connexion 62 du circuit de fluide caloporteur diélectrique. La première pompe 21 et la troisième pompe 23 sont inactives. Le premier détendeur 31 est en position fermée, de sorte que le fluide réfrigérant ne circule pas dans le deuxième échangeur bifluide 2. La deuxième vanne trois-voies 27 et la troisième vanne trois-voies 28 empêchent la circulation de liquide caloporteur dans la boucle secondaire 13B du circuit de liquide caloporteur 13, de sorte que le huitième échangeur de chaleur 8 n’est pas parcouru par du liquide caloporteur. Les trois entrées/sorties de la première vanne trois-voies 26 sont en communication. La troisième entrée/sortie 30c de la vanne quatre-voies 30 est en communication avec la deuxième entrée/sortie 30b.
[138] Ce mode de fonctionnement est utilisé par exemple lors de la phase de mise en action du véhicule par température ambiante froide. La batterie est réchauffée afin d’optimiser sa capacité, et l’air de l’habitacle est en même temps déshumidifié de façon à éviter la formation de buée sur le pare-brise du véhicule. [139] De nombreux autres modes de fonctionnement, non illustrés, sont possibles.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile électrique ou hybride, comportant :
- un circuit de liquide caloporteur (13),
- un circuit de fluide réfrigérant (1 1 ) comportant une boucle principale (1 1 A) comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide réfrigérant:
-- un dispositif de compression (15),
-- un premier échangeur bifluide (1 ), agencé conjointement sur la boucle principale (1 1 A) de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur (13) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, -- un premier détendeur (31 ),
-- un deuxième échangeur bifluide (2),
- un circuit de fluide caloporteur diélectrique (12), comportant :
-- une boucle primaire (12A), comprenant successivement selon un sens de circulation du fluide caloporteur diélectrique :
- le deuxième échangeur bifluide (2), agencé conjointement sur la boucle principale (11 A) de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire (12A) de fluide caloporteur diélectrique de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le fluide caloporteur diélectrique,
- un troisième échangeur bifluide (3), agencé conjointement sur la boucle primaire (12A) de fluide caloporteur diélectrique et sur le circuit de liquide caloporteur (13) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur,
-- une première branche de dérivation (12B) reliée à la boucle primaire (12A) en parallèle du troisième échangeur bifluide (3), la première branche de dérivation (12B) comportant un quatrième échangeur de chaleur (4) configuré pour être couplé thermiquement à un premier élément (41 ) d’une chaîne de traction électrique du véhicule,
-- une deuxième branche de dérivation (12C) reliée à la boucle primaire (12A) en parallèle du troisième échangeur bifluide (3), la deuxième branche de dérivation (12C) comportant un cinquième échangeur de chaleur (5) configuré pour être couplé thermiquement à un deuxième élément (42) de la chaîne de traction électrique du véhicule et un sixième échangeur de chaleur (6) configuré pour être couplé thermiquement à un troisième élément (43) de la chaîne de traction électrique du véhicule.
[Revendication 2] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 1 , dans lequel le premier échangeur bifluide (1 ) est agencé conjointement sur la boucle principale (1 1 A) de fluide réfrigérant et sur une boucle primaire (13A) du circuit de liquide caloporteur (13), et dans lequel le troisième échangeur bifluide (3) est agencé conjointement sur la boucle primaire (12A) de fluide caloporteur diélectrique et sur une boucle secondaire (13B) du circuit de liquide caloporteur (13).
[Revendication 3] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel la boucle primaire (13A) du circuit de liquide caloporteur (13) comprend:
- le premier échangeur bifluide (1 ), agencé conjointement sur la boucle principale (1 1 A) de fluide réfrigérant et sur la boucle primaire (13A) de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, et
- un septième échangeur de chaleur (7) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 4] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la boucle secondaire (13B) du circuit de liquide caloporteur (13) comprend :
- le troisième échangeur bifluide (3), agencé conjointement sur la boucle primaire (12A) de fluide caloporteur diélectrique et sur la boucle secondaire (13B) de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide caloporteur diélectrique et le liquide caloporteur, et
- un huitième échangeur de chaleur (8) configuré pour échangeur de la chaleur avec un flux d’air extérieur (Fe) à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 5] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide réfrigérant (11 ) comporte une branche de dérivation (11 B) disposée en parallèle du premier dispositif de détente (31 ) et du deuxième échangeur bifluide (2), la branche de dérivation (1 1 B) comprenant successivement un deuxième dispositif de détente (32) et un neuvième échangeur de chaleur (9) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à l’habitacle du véhicule.
[Revendication 6] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel :
- la boucle primaire (12A) du circuit de fluide caloporteur diélectrique (12) comprend une première pompe (21 ) de circulation,
- la première branche de dérivation (12B) du circuit de fluide caloporteur diélectrique (12) comprend une deuxième pompe (22) de circulation,
- la deuxième branche de dérivation (12C) du circuit de fluide caloporteur diélectrique (12) comprend une troisième pompe (23) de circulation.
[Revendication 7] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 2, dans lequel :
- la boucle primaire (13A) du circuit de liquide caloporteur (13) comprend une quatrième pompe (24) de circulation,
- la boucle secondaire (13B) du circuit de liquide caloporteur (13) comprend une cinquième pompe (25) de circulation.
[Revendication 8] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de fluide caloporteur diélectrique (12) comporte une vanne quatre-voies (30) disposée conjointement sur la boucle primaire (12A), sur la première branche de dérivation (12B) et sur la deuxième branche de dérivation (12C).
[Revendication 9] Système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de liquide caloporteur (13) comporte :
- une première vanne trois-voies (26) disposée conjointement sur la boucle primaire (13A) et sur la première branche de liaison (13C),
- une deuxième vanne trois-voies (27) disposée conjointement sur la boucle secondaire (13B) et sur la première branche de liaison (13C),
- une troisième vanne trois-voies (28) disposée conjointement sur la boucle secondaire (13B) et sur la deuxième branche de liaison (13D).
[Revendication 10] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans un premier mode de refroidissement, dans lequel :
- le dispositif de compression (15) de fluide réfrigérant est maintenu à l’arrêt,
- un débit (Qd) de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide (3) où il cède de la chaleur au fluide caloporteur, et se divise en :
-- un premier débit de fluide caloporteur diélectrique (Qd1 ) circulant dans le quatrième échangeur de chaleur (4) où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique (Qd2) circulant dans le cinquième échangeur de chaleur (5) où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur (6) où il reçoit de la chaleur, le premier débit de fluide caloporteur diélectrique (Qd1 ) et le deuxième débit de fluide caloporteur diélectrique (Qd2) se rejoignant avant de regagner le troisième échangeur bifluide (3),
- un débit (Qc) de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide (3) où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur (8) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), et rejoint le troisième échangeur bifluide (3).
[Revendication 11] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans un deuxième mode de refroidissement, dans lequel :
- un débit (Qr’) de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente (31 ) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide (2) où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression (15),
- un débit (Qd’) de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide (2) où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise en : -- un premier débit (Qd1 ’) de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur de chaleur (4) où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit (Qd2’) de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le cinquième échangeur de chaleur (5) où il reçoit de la chaleur, et dans le sixième échangeur de chaleur (6) où il reçoit de la chaleur, le premier débit (Qd1 ’) de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit (Qd2’) de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de regagner le deuxième échangeur bifluide (2),
- un débit (Qc’) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et dans le huitième échangeur de chaleur (8) où il cède de la chaleur au flux d’air extérieur (Fe), et rejoint le premier échangeur bifluide (1 ).
[Revendication 12] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans un mode de chauffage récupératif, dans lequel :
- un débit (Qr”) de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le premier dispositif de détente (31 ) où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur bifluide (2) où il reçoit de la chaleur du fluide caloporteur diélectrique, et retourne au dispositif de compression (15),
- un débit (Qd”) de fluide caloporteur diélectrique circule dans le deuxième échangeur bifluide (2) où il cède de la chaleur au fluide réfrigérant, et se divise en : -- un premier débit (Qd1 ”) de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le quatrième échangeur (4) où il reçoit de la chaleur,
-- un deuxième débit (Qd2”) de fluide caloporteur diélectrique circulant dans le troisième échangeur bifluide (3) où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, -- un troisième débit (Qd3”) de fluide caloporteur diélectrique circule dans le cinquième échangeur de chaleur (5) où il reçoit de la chaleur, dans le sixième échangeur de chaleur (6) où il reçoit de la chaleur, le troisième débit (Qd3”) de fluide caloporteur diélectrique et le deuxième débit (Qd2”) de fluide caloporteur diélectrique se rejoignant avant de rejoindre le premier débit (Qd1 ”) de fluide caloporteur diélectrique et de regagner le deuxième échangeur bifluide (2),
- un premier débit (Qc1 ”) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, dans le septième échangeur de chaleur (7) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), et regagne le premier échangeur bifluide (1 ),
- un deuxième débit (Qc2”) de liquide caloporteur circule dans le troisième échangeur bifluide (3) où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, et dans le huitième échangeur de chaleur (8) où il reçoit de la chaleur du flux d’air extérieur (Fe), et rejoint le troisième échangeur bifluide (3).
[Revendication 13] Procédé de fonctionnement d’un système de conditionnement thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 9, dans un mode de chauffage et déshumidification, dans lequel :
- un débit (Qr’”) de fluide réfrigérant circule dans le dispositif de compression (15) où il passe à haute pression, et circule successivement dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il cède de la chaleur au liquide caloporteur, dans le deuxième dispositif de détente (32) où il passe à basse pression, dans le neuvième échangeur de chaleur (9) où il reçoit de la chaleur du flux d’air intérieur (Fi), et retourne au dispositif de compression (15),
- un premier débit (Qc1 ’”) de liquide caloporteur circule dans le premier échangeur bifluide (1 ) où il reçoit de la chaleur du fluide réfrigérant, et se divise en : un deuxième débit de liquide caloporteur (Qc2’”) circulant dans le septième échangeur de chaleur (7) où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur (Fi), et un troisième débit de liquide caloporteur (Qc3’”) circulant dans le troisième échangeur bifluide (3) où il cède de la chaleur au fluide caloporteur diélectrique, le deuxième débit de liquide caloporteur (Qc2’”) et le troisième débit de liquide caloporteur (Qc3’”) se rejoignant avant de regagner le premier échangeur bifluide (1 ),
- un débit (Qd’”) de fluide caloporteur diélectrique circule dans le troisième échangeur bifluide (3) où il reçoit de la chaleur du liquide caloporteur, dans le quatrième échangeur de chaleur (4) où il cède de la chaleur, et rejoint le troisième échangeur bifluide (3).
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